안전한 먹는 물 생산을 위해 강둑여과수를 원수로 취수할 경우 여과수 수질오염의 원인이 되는 무기질소성분의 거동에 대해 연구하였다. 강둑여과지 주변 토양의 특성은 우리나라 평균 농경지 특성과 유사하였으나 표층의 평균 pH는 약 4.3으로 약산성을 나타내었다. 질소 농도는 토양 깊이별, 지역별로 다양한 함량의 $NH_3$-N과 $NO_3$-N가 관찰되었으나 $NO_2$-N은 거의 검출되지 않았다. 또한 토양 깊이에 따라 대체적으로 $NH_3$-N의 농도는 감소하고 $NO_3$-N의 농도는 증가하였다. 토양의 생균수와 질화균수는 각각 6.73~10.7$\times$$10^{6}$과 0.44~5.21$\times$$10^{4}$으로 조사되었고 상관관계는 $R^2$=0.992였다. 회분식으로 조사된 토양의 질산화 능력은 대체로 낮게 나타났으며 질산화균과 질산화능력의 상관관계는 높게 조사되었다. 표층과 심층토에 암모니아성 질소를 첨가한 후 호흡량 측정기로 소모되는 산소량을 측정한 결과 표층이 심층에 비해 짧은 지체기 후 많은 양의 산소소모가 관찰되었다.
우리나라 노지 밭토양의 질소 비료 추천은 토양 유기물 범위에 따라 차등하여 추천한다. 토양 유기물 함량에 따른 질소 공급 가능량을 확인하기 위하여 노지 고추 재배 밭토양에서 작물 재배 전 토양을 채취하여 70일간 누적 질소 무기화량을 구하였다. 토양 유기물 함량(SOM)과 무기화 될 수 있는 토양 질소(SNM)의 관계식은 '$MSN(kg\;10a^{-1})=0.2933{\ast}SOM(g\;kg^{-1})+0.0897$ ($r^2=0.6224$, P<0.001)'이었다. 토양 유기물 범위별 평균 질소 무기화량은 각각 10.5, 26.6, 83.3, 105.6 mg kg-1으로 토양 유기물 함량이 많을수록 질소 무기화량도 많았으나, 같은 토양 유기물 범위에 속하는 토양이어도 질소 무기화량은 약 3~4.6배 차이가 있었다. 따라서 밭토양 질소 관리를 위해서는 토양 특성에 따른 질소 공급량 예측을 통해 질소 비료를 추천하는 것이 중요하다.
공단폐수슬러지를 퇴비화하여 농지이용가능성을 조사하기 위하여 수분조절제로서 톱밥 또는 왕겨를 첨가하여 혼합한 다음 소형퇴비화조에서 퇴비화과정중 온도, pH, 무기성분, 유기물 및 질소의 형태, 지방산, 미생물종 및 개체수 변화 등의 물질변화를 조사하였다. 공단폐수슬러지에 수분조절제로 톱밥 및 왕겨를 첨가하였을 경우 공히 퇴비화과정중 온도 및 $CO_2$발생량은 퇴비화 2일에 최고에 달하여 그후 서서히 감소하여 퇴비화 6일 후에는 실온과 비슷하였다. C/N율은 퇴비화가 진행됨에 따라 약간 증가하는 경향이었다. 그리고 pH는 퇴비화 초기에는 변화가 없었으나 그후 급격히 증가한 다음 서서히 감소하여 퇴비화 후기 pH는 약 8.7~8.8범위였다. 공단폐수슬러지에 수분조절제로 톱밥 및 왕겨를 첨가 하였을 경우 공히 퇴비화과정중 $P_2O_5$, $K_2O$, CaO, MgO 및 Fe함량 약간 증가하였으며 $SO_4$함량은 퇴비화 초기에 비하여 후기에 약 62~67% 증가되었다. 퇴비화과정중 ether추출물질, 수용성 polysaccharides, hemicellulose 및 cellulose는 감소하였고, resins 및 lignin은 큰 변화가 없였으며, 퇴비화과정중 총질소 및 유기태질소는 감소하였나 무기태 질소는 증가하였다. 퇴비화과정중 총지방산은 감소하였으며, 미생물개체수는 수분조절제의 종류, 미생물의 종류 및 퇴비화 기간에 따라 변화가 심하였다.
함암모늄 2:1 점토광물 내 암모늄 거동과 질소동위원소 특성을 살펴보기 위해 일본 남서부 해저 와카미코 화구(Wakamiko crater) 내 열수가 분출하는 두 지점에서 퇴적물 코어를 채취하여 스멕타이트로 대표되는 점토입자를 추출하였다. 점토입자 내 무기탄소 제거 후 순차적인 유기물 분해과정에서 감소하는 탄소-질소 비에 근거하여 무기질소 함량을 추정한 결과, 전질소에 대한 무기질소 비율은 SES 지점(Core#1093MG: av. 11.5%)에 비해 SWS 지점 (Core#1094MR: av. 18.2%)에서 높은 경향을 보였다. 후자에서 높은 광물 결정도를 보인 점은 상대적으로 진전된 광물화와 함께 교환성 암모늄이 비교환성 암모늄으로 전환된 결과로 해석된다. 단계적인 점토입자 내 교환성 암모늄의 제거과정에서 나타난 질소동위원소 조성 변화(SES 지점: Core#1093MG: -4.4 ~ +0.2 ‰, av. -2.4 ‰; SWS 지점: Core#1094MR: -0.7 ~ +3.0 ‰, av. +1.5 ‰)로부터 심부 마그마에서 비롯된 열류 및 열수에 의한 국부적인 온도변화는 함암모늄 2:1 점토광물의 형성에 관여한 유체 내 용존 암모늄과 암모니아 사이에서 질소동위원소 분별을 야기했을 것이다.
시설재배지의 경우 휴작기간 동안 녹비작물의 활용가능성이 높을 것으로 판단된다. 본 연구는 녹비작물이 시설재배지에서의 양분공급 및 토양질 개선에 미치는 영향을 평가하고자 두과 (헤어리베치, 크림손클로버) 및 화본과 (호밀, 수수, 수단그라스) 녹비작물을 재배 후 토양과 혼합하였으며, 무기질소 공급능과 생물적 지표로써 토양 탄수화물, 미생물활성 및 부식함량의 경시적 변화를 측정하였다. 관행구의 무기태 질소함량은 전 기간 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 지속적으로 증가하였고, 특히 수단그라스에서 무기태질소 함량이 두드러지게 증가하였다. 녹비작물 처리 후 토양 중 수용성 당은 두과 녹비작물 처리 후 서서히 증가하기 시작하여 7주 경에 가장 높았으며 이후 서서히 감소하는 경향이 나타났다. 반면 화본과 녹비작물 처리 후 수용성 당이 빠르게 증가하여 처리 후 4주 경에 최대치에 도달한 후 감소하는 양상이 나타났다. 토양 내의 부식산 (humicacid)은 아무것도 첨가하지 않은 관행구와 녹비처리 초기에는 비슷한 수준으로 낮았으나 녹비처리 후 4주 정도 시간이 경과하면서 녹비작물의 부숙에 의해 형성된 부식산이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 양이온과 결합하여 물에 잘 용해되는 염을 만드는 fulvic 산에서도 작물 간 차이는 있었지만 부식산의 함량 변화와 비슷한 경향이었다.
팔라듐 합금 복합막의 제조는 니켈 분말과 무기화합물의 혼합물로 개질된 튜브형 다공성 스테인레스 스틸 지지체 표면 위에 무전해 도금법(elctroless plating technique)에 의해 팔라듐 - 니켈 - 은을 박막으로 도금하는 형태로 이루어졌다. 일반적인 다공성 금속 지지체는 기공이 크기 때문에 그 자체로서 도금에 적합한 지지층이 되기가 어렵고, 결함이 없는 팔라듐 복합막의 제조가 쉽지 않아 본 연구에서는 금속 지지체와 팔라듐 사이에 중간층(intermediate layer)을 형성하여 이와 같은 문제점을 극복하고자 하였다. 중간층의 소재인 실리카 졸, 알루미나 졸, 이산화티타늄 졸 등의 무기화합물과 니켈 분말의 혼합물로 다공성 금속 지지체 위에 코팅하여 박막을 형성하고 제조 조건에 따른 질소 투과도를 측정하고 비교하였다. SEM 분석법에 의해 니켈과 무기화합물 혼합물의 표면층의 형성 모습도 측정하였다. 제조된 중간층 가운데 이산화티타늄 졸과 니켈의 혼합물이 가장 낮은 질소 투과도와 치밀한 표면층을 나타내었다. 최종적으로 니켈과 실리카의 혼합 중간층으로 이루어진 팔라듐-니켈-은 합금 복합막을 제조하고 수소와 질소의 투과도를 측정하였다. 1기압 이하에서 질소에 대한 수소 선택도는 무한대였으며 수소투과 속도는 1 기압, $500^{\circ}C$에서 $1.39{\times}10^{-2}mol/m^2{\cdot}s$의 값을 나타냈다.
무기질산염배지로 순화된 슬러지와 순화되지 않은 슬러지의 두 종류 슬러지를 이용한 Batch식 배양을 통해 질소제거의 특성을 살펴보면 순화된 슬러지의 경우는 질산화가 잘 진행되었으나 순화가 되지 않은 생슬러지의 경우에는 질산화가 거의 일어나지 않았다. 그러나 두 반응기 모두 아질산염의 제거가 암모니아의 산화보다 빠른 속도로 일어남을 확인할 수 있었다. 또한 순화되지 않은 슬러지의 경우 슬러지의 사멸로 인한 암모니아성 질소성분의 증가도 확인할 수 있었다.
김 황백화에 대한 원인을 파악하기 위하여 전라북도 김양식장에 2011년부터 2014년까지 양식환경 특성과 황백화 피해 엽체의 형태 및 세포구조를 확인하였다. 연구 결과 금강 하구역에 위치한 개야도에서는 황백화가 확인되지 않았고 새만금방조제 주변의 도청리, 비안도, 무녀도와 선유도에서 황백화가 발생하였다. 김의 황백화 피해는 2011년 11월, 2014년 4월과 11월에 확인되었으며, 황백화 피해 엽체는 엽체 퇴색과 세포 내 액포 비대가 발생하였다. 연구기간 동안 황백화는 DIN과 DIP의 농도가 각각 5 μM와 0.4 μM 이하에서 발생하였다. 용존무기질소(DIN)와 용존무기인(DIP)의 비를 통해 결핍된 용존무기영양염을 확인한 결과 DIN 결핍은 양식 초기, 낮은 DIP 농도는 양식 말기 영향을 미치는 것으로 추정되었다.
온도조건이 유기물의 질소무기화율, 인지질 지방산유래 미생물 분포와 군집구조에 미치는 영향을 평가하고자 수행하였다. 비화산회토양 30 g에 입상유기질비료, 음식물퇴비, 돈분퇴비를 각각 2 g씩 잘 혼합한 후 $10^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $30^{\circ}C$에서 항온배양을 하면서 질소 무기화량과 인지질 지방산 함량을 분석하였다. 질소 무기화율은 온도와 비례하여 증가하였으며 음식물퇴비>입상유기질비료>돈분퇴비 순으로 질소무기화율이 높았다. 지방산 유래 미생물 그룹의 분포는 온도, 유기물종류에 따라 차이를 보였으며 시간이 경과 할수록 미생물의 밀도는 감소하는 경향을 나타냈다. G-/G+, F/B, Unsat/sat비는 온도가 올라가면서 감소하였다. 인지질 지방산 함량을 이용하여 주성분 분석을 한 결과 270일에 온도에 따라 입상유기질비료는 뚜렷한 미생물군집구조를 보였다. 결론적으로 미생물 활성은 온도, 유기물 종류에 따라 상대적인 민감도와 시기별로 차이를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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